理解Python中的NoneType对象

2020-06-16

编译：老齐

与本文相关的图书推荐：《跟老齐学Python：轻松入门》

本书适合零基础的学习者，书中详细而全面地讲述了Python的基本对象类型、语句、函数、对象和类、标准库和常用模块等知识。本书还特别强调学习编程语言的方法，强调“授人以鱼”的同时“授人以渔”。

在C、Java等类型的语言中，都有null，它常常被定义为与0等效。但是，在Python中并非如此。Python中用关键词None表征null对象，它并不是0，它是Python中的第一类对象。

None是什么

对于函数，如果在函数体中没有return语句，会默认返回None。

>>> def has_no_return():
...     pass
>>> has_no_return()
>>> print(has_no_return())
None

如果调用has_no_return()函数，会看到没有任何返回结果，然而，如果用print()函数打印返回结果，会把默认返回的None打印出来。

通常情况None只有在执行了print()之后才会显示。

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>>> None
>>> print(None)
None

None本身没有返回结果，很有意思的是，print()自身也没有返回值，如果你打印print()的返回结果，会得到None。

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>>> print(print("Hello, World!"))
Hello, World!
None

感觉有点奇怪吧，print(print("..."))所显示的None就是里面的print()返回值。

None还常常作为缺失或者默认参数值，例如：

>>> help(list.sort)
Help on method_descriptor:

sort(...)
    L.sort(key=None, reverse=False) -> None -- stable sort *IN PLACE*

在这里，None是参数key的值，也是返回值类型提示。

使用None

通常，None作为返回值或者某些参数的值，比如在正则表达式中，如果没有匹配对象，则返回None。

>>> import re
>>> match = re.match(r"Goodbye", "Hello, World!")
>>> if match is None:
...     print("It doesn't match.")
It doesn't match.

第2行要匹配字符串Hello, World，如果不能匹配则返回None，通过这段代码，我们要知道：

判断是否是None对象，应该使用is或is not，
而不是使用==或者!=。

再比如，我们自定义一个对象，分别用两种方式进行判断：

>>> class BrokenComparison:
...     def __eq__(self, other):
...         return True
>>> b = BrokenComparison()
>>> b == None  # 相等判断
True
>>> b is None  # 对象判断
False

显然，第5行，使用==，返回的结果是错误的。只有用is这个对象身份判断的运算符，才能得到正确结果。

None是假，也就意味着not None是真了。

>>> some_result = None
>>> if some_result:
...     print("Got a result!")
... else:
...     print("No result.")
...
No result.

在第2行条件判断中，并没有显式地写some_result is None，这是因为None本身就是假，与之类似，下面的这些对象也是假：

空列表
空字典
空元组
空字符串
0
False

在Python中，变量必须与对象关联，None是一类Python对象，所以也可以被变量引用。

>>> print(bar)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'bar' is not defined
>>> bar = None
>>> print(bar)
None

在有的语言中，如果定义了变量，但是没有赋值，该变量值会是null。但Python中的变量不能单独存在，如果将变量与None建立引用关系，并非意味着该变量是空。

None作为参数默认值

更多情况下，你看到的可能是以None为默认参数值。比如：

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def bad_function(new_elem, starter_list=[]):
    starter_list.append(new_elem)
    return starter_list

这个例子中，函数的参数starter_list的默认值是一个空列表，这种方式不值得提倡，因为它会隐藏着一些BUG。

如果我们先创建了一个列表，并且通过上面的函数，向该类表中追加一个元素，如下：

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>>> my_list = ['a', 'b', 'c']
>>> bad_function('d', my_list)
['a', 'b', 'c', 'd']

这没有什么问题，实现了前面的预想。但是，如果不给starter_list提供参数，即使用默认参数，会怎么样？

>>> bad_function('a')
['a']
>>> bad_function('b')
['a', 'b']
>>> bad_function('c')
['a', 'b', 'c']

第1行调用的时候，返回了一个列表，列表中只有一个元素。第3行再次调用的时候，同样也没有给starter_list提供值，它依然应该是原有列表——注意观察定义函数时的参数。但是，返回值是在上一次调用返回结果中增加了新元素。这就是问题所在，每次重新调用此函数，参数starter_list=[]居然不起作用了。

所以，正如函数名字显示的，这样定义的函数不是一个“好”函数。

推荐的定义方式是：

>>> def good_function(new_elem, starter_list=None):
...     if starter_list is None:
...         starter_list = []
...     starter_list.append(new_elem)
...     return starter_list
...
>>> good_function('e', my_list)
['a', 'b', 'c', 'd', 'e']
>>> good_function('a')
['a']
>>> good_function('b')
['b']
>>> good_function('c')
['c']

此处的“好”函数中，增加了第2、3行，就能够保证每次调用函数时，总是一个空列表。

None作为值

什么时候None可以作为一个有效的输入对象呢？例如在前面定义的good_funciton函数中，是否可以用None作为列表中的元素？看看下面的例子：

>>> class DontAppend: pass
...
>>> def good_function(new_elem=DontAppend, starter_list=None):
...     if starter_list is None:
...         starter_list = []
...     if new_elem is not DontAppend:
...         starter_list.append(new_elem)
...     return starter_list
...
>>> good_function(starter_list=my_list)
['a', 'b', 'c', 'd', 'e']
>>> good_function(None, my_list)
['a', 'b', 'c', 'd', 'e', None]

在上面的示例中，DontAppend类对象并没有追加到列表中，第12行，则实现了将None作为对象追加到列表中。

另外，None可以作为返回值。例如，对于dict.get方法，如果没有指定key的值，则会返回None，这时None就是一个有效的值了，例如：

>>> class KeyNotFound: pass
...
>>> my_dict = {'a':3, 'b':None}
>>> for key in ['a', 'b', 'c']:
...     value = my_dict.get(key, KeyNotFound)
...     if value is not KeyNotFound:
...         print(f"{key}->{value}")
...
a->3
b->None

None是一种对象

前面提到过，在某些语言中，null只是0的符号表示，但是，在Python中，None是一类对象，即NoneType类型：

1 2	>>> type(None) <class 'NoneType'>

它是Python内置的类型之一。

1 2	>>> dir(__builtins__) ['ArithmeticError', ..., 'None', ..., 'zip']

None和True、False一样，都是内置的关键词，所以，你不能用下面的方式得到该对象。

>>> __builtins__.ArithmeticError
<class 'ArithmeticError'>
>>> __builtins__.None
  File "<stdin>", line 1
    __builtins__.None
                    ^
SyntaxError: invalid syntax
>>> print(getattr(__builtins__, 'None'))
None

None是一个单例对象，因此NoneType()的实例还是None，即Python中只有一个None。

>>> my_None = type(None)()  # Create a new instance
>>> print(my_None)
None
>>> my_None is None
True

还可以检验一下它们的内存地址：

>>> id(None)
4465912088
>>> id(my_None)
4465912088

从输出结果中可以看出，前面的“两个”None实为一个对象。

下面的一些操作，都是不被允许的：

>>> None = 5
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
SyntaxError: can't assign to keyword
>>> None.age = 5
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'NoneType' object has no attribute 'age'
>>> setattr(None, 'age', 5)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'NoneType' object has no attribute 'age'
>>> setattr(type(None), 'age', 5)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: can't set attributes of built-in/extension type 'NoneType'

你也不能用NoneType作为父类来创建子类：

>>> class MyNoneType(type(None)):
...     pass
...
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: type 'NoneType' is not an acceptable base type

不过，因为它是一种对象，这样做是可以的;

1 2	>>> def returns_None() -> None: ... pass

None是Python中的对象，也是关键词，可以用它表示缺失值。

参考链接：https://realpython.com/null-in-python/

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